OSJETNICI ELEKTRIČNE STRUJE Shunt - izlazni napon proporcionalan ulaznoj struji - struja: istosmjerna / izmjenična na Transformator - izlazna struja proporcionalna ulaznoj struji - struja: izmjenična na Hall osjetnik - izlazni napon proporcionalan ulaznoj struji - struja: istosmjerna / izmjenična na Magnetootporni osjetnik - izlazni napon proporcionalan ulaznoj struji - struja: istosmjerna / izmjenična na Magnetooptički osjetnik - intenzitet svjetla proporcionalan ulaznoj struji - struja: istosmjerna / izmjenična na (otporni) (magnetski) (poluvodički) (poluvodički) (optički) 1
MJERNI SHUNTOVI (1) Princip mjerenja I Strujni priključci Naponski priključci Rshunt U = I * R shunt 2
MJERNI SHUNTOVI (2) Izvedbe Nazivne struje: Nazivni napon: od nekoliko ma do nekoliko ka 50 mv, 60 mv, 100 mv 3
MJERNI SHUNTOVI (3) Materijal Zahtjevi na materijal za izradu mjernih shuntova: Malen temperaturni koeficijent otpora Malen kontaktni potencijal prema bakru Velika stalnost električnog otpora MANGANIN manganova bronca legura (86% Cu,, 12% Mn,, 2% Ni) Kontaktni potencijal prema Cu = 1 µv/ o C 4
MJERNI SHUNTOVI (3) Prednosti i nedostaci Prednosti: Robustna i jeftina izvedba Mjeri istosmjernu i izmjeničnu nu struju Visoka linearnost Nedostaci: Galvanska veza s mjernim krugom Niski izlazni napon Razvija toplinu hlađenje Osjetljiv na agresivne atmosfere Starenje promjena karakteristike 5
STRUJNI TRANSFORMATORI (1) Osnovni pojmovi - sekundarni namotaj galvanski izoliran od primarnog I 1 I 2 1. Visokonaponski 110 kv 2. Srednjenaponski 1 kv 35 kv 3. Niskonaponaski 1 kv I 1n Kn = ------ I 2n A Sekundarna struja: 5 A (1A) Klasa točnosti strujna pogreška u % - laboratorijski: 0,1 0,2 0,5 % - standardni: 0,5 1 3 5 % Nazivne snage: 2,5 5 10 15 30 VA Standardne vrijednosti primarnih struja: 1 1,25 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 7,5 (8,0) x 10 n 6
STRUJNI TRANSFORMATORI (2) Prijenosni omjer: Pogreška mjerenja nazivni stvarni Strujna pogreška: 7
STRUJNI TRANSFORMATORI (3) Utjecaj opterećenja Nazivni teret: Nazivna impedancija Z n Prazni hod (I 2 = 0) P n = I 2n2 Z n [VA] U im Nazivna snaga (VA): 2,5 5 10 15 30 Nazivna impedancija (Ω): 0,1 0,2 0,4 0,6 1,2 (I 2n = 5 A) NE SMIJE se ostaviti u praznom hodu! 8
STRUJNI TRANSFORMATORI (4) Strujni transformatori za MJERENJE Nadstrujna karakteristika Kratki spoj sigurnosna struja (zaštita sekundarne opreme) visoka indukcija zasićenje jezgre I 1n = nazivna struja I 1s = nazivna sigurnosna struja (Z=Z n ) K n I 2s 0,9 I 1s realna idealna I 2s / I 2n 0,9 I 1s / I 1n = 0,9 Fs Faktor sigurnosti (nadstrujni broj): F s = I 1s / I 1n Standardne vrijednosti: Fs = 5; Fs = 10 9
STRUJNI TRANSFOEMATORI (5) Strujni transformator za ZAŠTITU Kratki spoj granična struja točnosti (mora prenositi struje preopterećenja) Granični faktor točnosti: granična struja točnosti P = ------------------------------- I 1n Standardne vrijednosti: 5 10 15 20 30 Standardne klase točnosti: 5P 10P Zasićenje jezgre izobličenje struje - složena pogreška Oznaka: 5P10 - pogreška < 5% pri 10 x I 1n 10
STRUJNI TRANSFOEMATORI (6) Niskonaponski S primarnim namotom Natični Kabelski (obuhvatni) S rastavljivom jezgrom 11
STRUJNI TRANSFOEMATORI (7) Srednjenaponski (epoksidni) Za vanjsku montažu Za unutarnju montažu lončasti glavasti prespojivi provodni 12
STRUJNI TRANSFOEMATORI (8) Visokonaponski (uljni) glavasti lončasti Lončasti ST: Zaštita membrane Uljna komora Kvarcni pijesak Primarni vodič Sekundarni namot Priključna kutija Priključci sekundara Ekspanziona posuda Indikator ulja Priključci primara Uzemljenje jezgra 13
STRUJNI TRANSFOEMATORI (9) Strujna kliješta - dijagnostika 14
STRUJNI TRANSFOEMATORI (10) Prednosti i nedostaci Prednosti: Galvanska izolacija primar-sekundar Mjerenje velikih struja Potpuna zaštita od korozije Ne zahtijeva održavanje Nedostaci: Samo za izmjeničnu nu struju Visoki troškovi ugradnje Velike dimenzije Zasićenje i histereza Opasnost od eksplozije (uljni) 15
ROGOWSKI SVITAK (1) Fizikalne osnove I r Vn V Napon induciran u jednom zavoju: V 1 Za n zavoja: = dφ/dt = A db/dt Vn = n A db/dt Jakost polja oko ravnog vodiča na udaljenosti r : B = µ o I/ 2 r π Vn = (n A µ o /2 r π) di/dt Izlazni napon nakon integracije: V = Vn dt V = n A µ o /2 rπ I 16
ROGOWSKI SVITAK (1) Primjena - dijagnostika - nema jezgre - mogućnost dobre izolacije - savitljiva / rastavljiva izvedba - jednostavna aplikacija - prijenosni mjerni instrumenti 17
ROGOVSKI SVITAK (3) Prednosti i nedostaci Prednosti: Jednostavna i jeftina izvedba Mjerenje velikih struja Galvanska izolacija izlaza Visoka linearnost Temperaturna neovisnost Ne zahtijeva održavanje Nedostaci: Samo za izmjeničnu nu struju Zahtjeva elektronički ki integrator 18
HALL OSJETNIK (1) Hall efekt (Edwin Hall 1890.) Hall-ov napon: V H = I B / n e d n = gustoća naboja e = naboj elektrona 19
HALL OSJETNIK (2) Izvedba smjer struje V H ~B ; B ~I V H ~I Feritna jezgra Magnetsko polje Magnetsko polje u feritu HALL OSJETNIK - jezgra eliminira utjecaj stranog polja - primjena u elektroničkim el. brojilima podnožje Izlazni priključci Vodič struje 20
HALL OSJETNIK (3) Prednosti i nedostaci Prednosti: Male dimenzije Za istosmjernu i izmjeničnu nu struju Galvanska izolacija izlaza Ne zahtijeva održavanje Nedostaci: Relativno visoka cijena Slaba linearnost Slab signal (1,25( mv/mt @ Ic = 5 ma) - zahtijeva elektronički ki sklop 21
MAGNETOOTPORNI OSJETNICI (1) Fizikalne osnove - promjena električnog otpora pod utjecajem magnetskog polja - ΔR = 2 3% opseg: 1µT 1T rezolucija: 10 nt širina pojasa: 0 5 MHz materijal: PERMALLOY (Ni81Fe19) Traka tankog filma debljina: 40 nm širina: 10 mm duljina: 100 mm ΔRo = svojstvo materijala - poprečno vanjsko magnetsko polje H izaziva rotaciju α interne magnetizacije promjena električnog otpora ΔR 22
MAGNETOOTPORNI OSJETNICI (2) Linearizacija karakteristike ΔR = f(h) Fizikalne osnove aluminijske trake linearizirana = 45 o Dobro vodljivi materijal (Aluminij) izvorna Permalloy - aluminijske trake - vodljivost Al >> Permalloy skretanje struje 23
MAGNETOOTPORNI OSJETNICI (3) Izvedba Wheatstone-ov most otpornik otpornik 1 ka/m = 1,25 mt 1 mt = 10 Gauss 24
MAGNETOOTPORNI OSJETNICI (4) Mjerenje struje (DC & AC) kompenzacijski vodič primarni vodič izlaz Izolator (keramika) Magnetootporni osjetnik 25
MAGNETOOPTIČKI OSJETNICI (1) Faraday efekt (Michael Faraday 1845) - u optičkom mediju zakreće se ravnina polarizacije pod utjecajem magnetskog polja Kut zakreta: Φ = V H dl V = Verdetova konstanta optičkog medija - specifična rotacija [ o /Tm] - ovisi o temperaturi i valnoj duljini 26
MAGNETOOPTIČKI OSJETNICI (2) Fizikalni princip α Io = intenzitet ulazne zrake E = ravnina polarizacije α = kut polarizator analizator I = intenzitet ulazne zrake B = magnetsko polje Q = kut Faraday-zakreta - mjeri se intenzitet izlazne zrake I, koji ovisi o kutu zakreta Q 27
MAGNETOOPTIČKI OSJETNICI (2) Fizikalni princip - postiže se dvostruka rotacija na istoj duljini Faraday-evog elementa - kut među polarizatorima: 0 90 o Malus-ov zakon: - poprečna komponenta linearno polariziranog svjetla s potpuno prigušuje nepolarizirano polarizator polarizirano 28
MAGNETOOPTIČKI OSJETNICI (3) Fizikalni princip film PROZIRNO ZATAMNJENO - domene u smjeru polja se šire na račun suprotnih domena 29
MAGNETOOPTIČKI OSJETNICI (4) Fizikalni princip α = 0 o α = 45 o α = 90 o Teorijska karakteristika: 45 o -senzor Teorijska karakteristika: 90 o -senzor Intenzitet I Faraday-eva rotacija [ o ] Faraday-eva rotacija [ o ] -izlaz: isti signal za +/- polja - slaba polja: kvadratna karakteristika + jeftina izvedba -1 polarizator - ne daje smjer polja - mali nelinearni signal za mala polja -izlaz: različiti signal za +/- polja - slaba polja: linearna karakteristika + linearan u cijelom opsegu + daje smjer polja -izlaz: isti signal za +/- polja - slaba polja: kvadratna karakteristika + neosjetljiv na drift - ne daje smjer polja - mali nelinearni signal za mala polja 30
MAGNETOOPTIČKI OSJETNICI (5) Optičko vlakno Izvedbe Optički kristal Linearno polarizirana zraka Vodič 31
MAGNETOOPTIČKI OSJETNICI (6) Primjena Visokonaponski mjerni transformatori 32
MAGNETOOPTIČKI OSJETNICI (7) Prednosti i nedostaci Prednosti: Neosjetljivi na EM smetnje Visoka izolacijska sposobnost Široki spektralni pojas Lagani i kompaktni Nema opasnosti od eksplozije Nema zasićenja / histereze Nedostaci: Relativno visoka cijena Posebna priključna oprema Samo za nova postrojenja 33